随机应力循环加卸载三轴试验土的变形稳定状态初探

为研究土在随机应力幅值循环加卸载条件下的应力-应变关系,基于土样全表面变形数字图像测量系统,以福建标准砂和硅微粉为研究对象进行一系列三轴试验。据此分析土样在不同随机应力循环加卸载过程的应力-应变行为,判断其是否达到变形稳定状态,同时与等应力幅值循环加卸载和阶梯应力幅值循环加卸载试验进行对比。结果表明:无论是恒定应力幅值、阶梯应力幅值还是随机应力幅值加卸载循环,当循环次数超过一定次数后,土样逐渐趋于变形稳定状态,且变形稳定状态对应的循环次数值不同;土在受到超过历史最大应力幅值时,应力-应变关系会回到初次单调加载的应力-应变曲线;在最大应力值小于破坏应力的条件下,应力加卸载时间过程幅值的随机特征,如幅值大小和分布对土的应力-应变行为,包括变形稳定状态没有影响。

循环荷载下重载铁路道砟磨耗破碎及力学特性试验研究

为深入研究重载列车循环动载作用下散粒体道砟的颗粒磨耗破碎和力学行为劣化等特征,开展3种不同动应力幅值下的室内大型动三轴试验。通过对染色道砟颗粒进行激光扫描和三维重构,量化分析不同循环加载应力状态下不同粒径道砟颗粒的磨耗破碎特征,深入分析循环加载下试样的宏观力学特性和力学行为劣化等。研究结果表明,循环加载后道砟颗粒普遍从原始粒径破碎至相邻粒径,偶尔出现破碎至相隔粒径的现象,另有质量占比1%左右的少量道砟颗粒破碎至最小粒径4.75~22.4 mm;在相同的循环加载动应力幅值下,随粒径的增大,道砟颗粒破碎至相邻粒径的质量占比总体呈增大趋势;循环加载过程中颗粒磨耗存在尖角磨损、棱边磨耗与表面纹理改变等3种典型类型,动应力幅值230 kPa下颗粒最大磨耗深度为0.36~5.2 mm,平均磨耗深度为0.03~0.62 mm,颗粒磨耗程度随粒径的增大而逐渐加剧,尖角磨损出现的数量更多且概率更大,其次为棱边磨耗;循环加载三轴试验前后各粒组颗粒含量变化幅度与级配曲线偏移距离随动应力幅值的增大而增大,Bg、Br与BBI 3种颗粒破碎指标均随动应力幅值的增大而增大,Br与BBI两者对动应力幅值的变化反应程度一致,并且更为灵敏;试样轴向累积塑性应变、阻尼比与回弹模量均随动应力幅值的增大而增大。研究结果可为重载铁路散粒体有砟道床长期服役性能劣化评估及其养护维修提供理论依据和技术参考。

基于三轴重复加载蠕变试验的温拌胶粉改性沥青混合料高温性能研究

为研究温拌沥青混合料中橡胶粉目数及温拌剂对胶粉改性沥青混合料高温性能的影响,进行了温拌前后不同目数的胶粉改性沥青混合料在40℃、50℃、60℃下的三轴重复加载蠕变试验。试验结果表明,较高温度、较小应力下,温拌混合目胶粉改性沥青混合料(WRMAM@CM)的高温性能最优,温拌60目胶粉改性沥青混合料(WRMAM@60M)次之,热拌60目胶粉改性沥青混合料(HRMAM@60M)性能略差,热拌混合目胶粉改性沥青混合料(HRMAM@CM)性能最差;高温、大应力下,温拌混合目胶粉改性沥青混合料(WRMAM@CM)的高温性能最优,温拌60目胶粉改性沥青混合料(WRMAM@60M)次之,热拌混合目胶粉改性沥青混合料(HRMAM@CM)性能略差,热拌60目胶粉改性沥青混合料(HRMAM@60M)性能最差。根据蠕变试验结果拟合出基于改进的Burgers模型的黏弹参数,从黏弹参数角度进一步解释温拌前、后不同目数的胶粉改性沥青混合料高温性能的变化规律。

三轴重复加载永久变形试验研究

考虑沥青混合料在不同温度条件下的车辙情况,充分模拟路面的实际受力情况,进行四种不同级配沥青混合料(分别为GAC-13、GAC-20、GAC-25和ATB-25)三轴重复加载永久变形试验,分析和研究沥青混合料在标准轴载0.7MPa与不同温度水平作用下的流动变形特性,并将三轴试验与车辙试验的结果进行比较。目的在于提出能够有效评价沥青混合料高温性能的指标。

三轴高强井壁试验加载装置优化设计及力学特性分析

为提高现有的三轴高强井壁试验加载装置承载能力,通过在其中部加肋的方式,对其进行优化设计;利用ANSYS有限元软件,进行弹塑性数值分析,得出了加载装置优化前后的极限承载力和应力分布特征。数值模拟分析表明:加肋优化后的加载装置筒壁不仅可满足承载力要求,而且应力分布更加合理。加载装置加肋高度为100mm,厚度为38mm时,既可满足安全要求,经济上也较为合理。

深部砂土三轴高压卸载结构变化的CT研究

用取自山东巨野矿区埋深近 6 0 0m的深部砂土样 ,在三轴试验机上进行围压为 12MPa的三轴卸载试验 ,同时用CT装置探测试样在试验全过程中内部结构变化 ,并对纪录的CT图片进行了计算机图像分析处理 ,分析了深部砂土在高压卸载条件下变形和破坏结构性变化本质特点。

路基粉土动态回弹模量试验与预估模型研究

对不同含水率和压实度下的路基粉土进行动态回弹模量试验,结果表明:动态回弹模量随着围压的增大而增大,随着偏应力的增加而减小,其受围压的影响更为显著;随着含水率的增大而减小,随着压实度的增大而增大,受含水率的影响更为显著。最后采用物性指标参数塑性指数、含水率、压实度和力学指标参数CBR指标,建立路基粉土动态回弹模量预估模型。

原状黄土各向异性及卸载变形特征试验研究

为揭示原状黄土的各向异性和卸载变形特征，从水平和竖向2个方向取样，通过湿陷性试验、压缩试验、直接剪切试验、三轴剪切试验和卸荷三轴试验，对郑西客运专线贺家庄隧道出口洞顶Q3黄土进行黄土各向异性及卸载变形特征试验研究。结果表明：黄土的竖向和水平方向力学指标有明显差异，竖向和水平方向的压缩模量E3～2平均值分别为5．82和6．83MPa；黄土竖向湿陷性系数平均值为0．026，明显大于水平湿陷性系数平均值0．019；抗剪强度参数中水平向黏聚力大于竖向黏聚力，内摩擦角变化不大；黄土的卸荷变形与主应力差呈线性变化规律，当主应力差减小至O～90kPa时，迅速发生破坏，破坏时应变为0．5％～3．5％；原状黄土的破坏具有突变性，主要表现在卸荷破坏变形很小，破坏变形时间短，速度快。

细粒类路基土动态回弹模量试验与本构关系模型

选用砂土、粉土和黏土三种具有代表性的路基土,对不同含水率和压实度下的路基土进行动态回弹模量试验。结果表明:动态回弹模量随围压的增大而增大,随偏应力的增加而减小,受围压的影响更为显著;随含水率的增大而减小,随压实度的增大而增大,受含水率的影响更为显著。采用美国路面结构力学——经验法设计指南所推荐的模型形式为基础,选用塑性指数、CBR、含水率、压实度、偏应力和围压等作为考虑因素,建立了具有较高精度和适用性的路基土动态回弹模量预估模型,可为沥青路面结构设计及路面结构的非线性分析提供参考。

多层排水沥青路面交通荷载适用性研究

为研究多层排水沥青路面的交通荷载适用性,设计了密级配沥青路面、单层排水沥青路面、双层排水沥青路面和三层排水沥青路面这4种典型路面结构,依据规范设计指标对4种路面结构进行结构验算,结果表明4种路面结构可用于任何交通等级道路。其次,采用局部三轴多级加载试验,以最接近实际路面状态的试验条件评价多层排水沥青面层结构的高温承载力。结果表明:与密级配沥青路面相比,单层、双层和三层排水沥青路面的高温承载力分别降低了19.1%、56.7%和66.0%。随着排水沥青面层厚度的增大,路面结构高温承载力降低。单层排水沥青路面可用于特重交通等级道路,双层和三层排水沥青路面可用于重交通等级以下道路。

冻融循环作用下路基黏土的变形特性评价:室内试验及预估模型

路基土的变形特性对路基结构设计和路面耐久性保持十分重要。回弹模量(M_(R))和永久变形(PD)是分别表征路基土弹塑性变形的重要指标。本文旨在通过动三轴试验探究路基黏土在偏应力、围压、含水率、加载次数及冻融循环次数条件下的变形特性演变规律。结果表明:冻融循环次数对M_(R)和PD的影响显著,且其在第1次冻融循环中衰减幅度最大,在第6次冻融循环中衰减趋于稳定。同时,在前2000次加载过程中,M_(R)迅速衰减而PD急剧增加。提出并验证了一个综合考虑偏应力、围压、含水率、加载次数及冻融循环次数影响的PD预估模型。研究结果可为路基黏土在冻融循环作用下的变形特性分析提供有效参考。

路基土动态回弹模量的试验研究

为明确路基土动态回弹模量的影响因素及其规律、解决其参数取值问题,采用三轴反复加载试验方法,对粉土和粘土进行一系列回弹模量测试。研究表明,回弹模量随围压和压实度的提高而增大,随循环偏应力和含水量的增大而减小;粘土回弹模量受应力状况、含水量等因素的影响较粉土更为显著。在全面分析现有回弹模量本构预估模型的基础上,采用三参数复合模型对试验结果进行拟合,获得不同压实度和含水量条件下粉土、粘土的回弹模量预估模型。通过与试验数据的对比,验证了该模型的正确性与可靠性。

加轴压卸围压条件下岩石的力学特性与能量特征

利用MTS815型压力试验机进行加轴压卸围压路径下花岗岩常规三轴卸载试验,研究加轴压卸围压路径下岩石的应力-应变全过程曲线、力学性质及能量特征。采用剪胀角描述岩石的扩容特性。研究结果表明:在卸围压过程中,侧向应变与围压先呈线性关系后呈非线性关系,且其增长速率明显大于轴向应变增长速率,表现出明显的侧向扩容;变形模量随围压卸载而逐渐减小,且随着初始围压的增大而逐渐增大;泊松比随围压卸载而不断增大,同一时刻点的轴向应变增量变化量度略大于侧向应变增量变化量;剪胀角随着初始围压增大而减小;基于能量原理获得岩石应变能随着围压的卸载呈逐渐增大的规律。

基于损伤控制方法的大理岩非线性剪胀特性试验研究

剪胀角是描述岩石体积膨胀扩容的常用参数,在非关联流动法则中,连续介质理论通常假设剪胀角为0;在关联流动法则中,其值恒定且等于内摩擦角。岩石三轴压缩全过程体应变曲线表明,其体积剪胀性依赖于围压和塑性参量,破坏过程中不仅其特征强度随围压和塑性参量呈非线性变化,而且剪胀特性也表现出非线性特征。基于塑性力学理论,针对锦屏大理岩损伤控制的全过程三轴加、卸载试验,采用双参数非线性函数拟合方法建立了能同时考虑围压效应和塑性参量的非线性剪胀角模型。结果表明,对于大理岩、中硬岩,在破坏过程中扩容行为强烈依赖围压和岩石塑性参量,均表现出先快速增加至峰值后,随着塑性变形增加逐渐减小的非线性演化规律。提出的双参数非线性剪胀角模型很好地描述了岩石破坏过程中的体积扩容特性,其结果对于研究地下工程围岩应力变化诱发的围岩剪胀破坏机制、体积扩容膨胀区范围预测和围岩支护的合理设计均具有一定的理论和工程应用价值。

冻土中几类力学试验方法的探讨

获取寒区工程设计中冻土的物理力学指标及冻土本构模型中的模型参数都离不开冻土的力学试验.随着对冻土力学性质研究的深入,需要考察更多加载路径下冻土的力学行为,这也是检验已有冻土本构模型的有效途径.因此,精确的冻土力学试验是认识冻土力学性质的基本手段.为进一步考察冻土的力学性质,提高冻土力学试验的精度,应用MTS-810低温三轴仪及其配套的控制软件,在该设备上对冻土进行了两种各向等压试验和两种三轴剪切加卸载试验.根据试验结果,分析了这几种试验方法的适用范围,为考察等效剪应力对冻土试样体积变形的影响,提出了在MTS-810低温三轴仪上实现冻土等p试验的具体试验方案.

饱和黄土卸载特性影响因素研究

黄土边坡开挖过程中常遇到边坡发生变形甚至破坏的情况,不同的开挖速率导致边坡的变形特征也不相同。通过饱和黄土的卸载三轴试验,研究固结围压及卸载速率对卸载状态下饱和黄土的应力-应变特性、孔隙水压力的发展及应力路径的影响。试验表明,固结围压越大,土体破坏所需的偏应力越大,抗剪强度越大;卸载速率越大,对应的偏应力峰值越大,抗剪强度越大。卸载速率相同时,土体卸载初期的超静孔压为负值,增大至正值后孔压的增长速率在其增大过程中逐渐减小;固结围压越大,土样剪切过程中对应的孔隙水压力越大。卸载三轴试验中,土体均表现为应变软化的特性;饱和黄土破坏时的应变均为1%~3%,且固结围压越高,破坏时的应变越小。固结围压相同时,卸载速率越大,孔压增长速率越快,但孔隙水压力值越小。

含水率和附加荷载对北黑高速公路滑坡路段土体弹性模量影响研究

土是多相非均质体,土体的弹性模是反映土体强度重要指标之一,弹性模量的改变反映土体内部的应力状态变化。通过室内全自动三轴仪重复加荷试验,研究含水率和附加荷载对北黑高速公路K178+530滑坡路段土体弹性模量的影响,给出弹性模量与含水率、荷载的变化关系曲线。结果表明含水率对土体的影响显著,最大值出现在土的塑限含水量附近;弹性模量随荷载的增加而减少,荷载每增加30%,弹性模量减少10%左右。研究成果对北黑高速公路K178+530路段滑坡体运动规律给予了很好解释。

压实黄土动态回弹模量的试验研究

通过室内重复加载三轴试验,研究了影响压实黄土动态回弹模量的主要因素及其规律.研究结果表明:回弹模量随围压和压实度的提高而增大,随偏应力和含水量的增大而减小,且在含水量和压实度一定时,回弹模量存在着一定的应力依赖关系.在此分析基础上,采用3参数复合模型,以体应力和剪应力为变量,回归得出压实黄土在不同含水率和压实度下的回弹模量预估模型,并将模型参数与土样物性参数之间建立了线性回归模型,拓宽本研究成果的应用范围.

疲劳加载对沥青混合料SMA-13渗透特性的影响分析

为了揭示交通荷载下沥青混合料的渗透特性演化规律和水损害机理,本文针对SMA-13沥青混合料,利用马歇尔击实和旋转压实两种成型方法分别制备出4种空隙率(4%、6%、8%、10%)的圆柱形试件,进行三轴疲劳加载试验,利用自研的多场耦合条件下路面材料渗透性测试系统,测试并比较在不同疲劳阶段试件渗水系数随水压(0.04 MPa、0.10 MPa、0.18 MPa、0.26 MPa)和轴压(0.7 MPa、0.9 MPa、1.1 MPa)的动态变化。结果表明,疲劳加载对试件渗透性能的影响具有压密和损伤双重作用,低空隙率试件的渗水系数主要受持续的疲劳损伤作用而增大,高空隙率试件的渗水系数主要受压密作用而随着疲劳加载逐渐降低。空隙率是影响沥青混合料渗透性能的关键因素,高空隙率试件的渗水系数显著高于低空隙率试件的渗水系数。渗水系数随水压的增加而增大,渗透性较弱的试件受水压的影响更为显著。渗水系数随轴压的增大整体呈现减小的趋势,但与空隙率和水压相比,轴压的影响相对较弱。过高的动水压力会导致空隙率6%左右的沥青混合料渗水性能显著增强,易产生水损害破坏。旋转压实与马歇尔击实成型试件的渗水系数随疲劳加载、水压和轴压的变化规律相似,后者一般大于前者。

循环加卸载下大理岩损伤与能量演化特征

基于常规三轴循环加卸载压缩试验,分析了大理岩压缩变形过程中的变形特征、能量耗散及损伤演化规律。基于试验结果进行了大理岩弹塑性应变分离,试验结果表明随着轴向偏应力的增加,大理岩轴向弹性应变近似呈线性增加,而侧向弹性应变呈非线性增长。基于变泊松比的假定,建立了大理岩非线性弹性应力-应变本构关系,并据此分离辨识得到大理岩轴向和侧向塑性应变。采用等效应变理论,定义了大理岩损伤变量D,相应得到了大理岩三轴压缩变形破坏过程中的损伤演化特征,根据岩石损伤演化曲线可将大理岩三轴压缩变形过程分为3个阶段;分析了大理岩三轴压缩变形过程中的应变能特征,计算得到了大理岩压缩变形过程中的弹性应变能及耗散能,结果表明大理岩岩体单元耗散能与损伤变量增量ΔD之间呈较好的线性关系,二者均可用于描述大理岩压缩变形过程中的损伤破坏特征。